ハイブリッド外骨格による姿勢リハビリテーション療法のための筋肉の相乗効果に基づく新しいFESコントロールパラダイム

ハイブリッドエクソスケレトンは、ロボット装具と運動神経障害装置を組み合わせて、運動障害を補償し、リハビリテーションを支援します。基本的な考え方は、各技術の強さ、主にロボットアクチュエーターの力と患者の筋肉を使用する臨床的利点から利益を得ることでありながら、それぞれの弱点、前者の体重と自律性、後者の疲労と安定性を補うことです。ロボット装具と単純な運動神経散布の制御のための文献では、幅広いソリューションのレパートリーが提案されていますが、複数のアーティキュレーションに分布する多数の筋肉を含む複雑なハイブリッドアーキテクチャに関する同じ問題は、実用的な解決策を待っています。この記事では、機能的協調運動の実行における神経プロステシゼの制御のための一般的なアルゴリズムを提示します。この方法は、残留神経運動能力を診断する平均として筋肉の相乗効果を抽出し、リハビリテーションの演習を動的な方法で患者の要件に適応させます。疲労効果と予期しない摂動は、ロボットのセンサーから推定される機能状態変数を監視することにより補償されます。提案された概念は、姿勢バランスリハビリテーション療法が提示されるケーススタディシナリオに適用されます。

Hybrid exoskeletons combine robotic orthoses and motor neuroprosthetic devices to compensate for motor disabilities and assist rehabilitation. The basic idea is to take benefits from the strength of each technology, primarily the power of robotic actuators and the clinical advantages of using patient's muscles, while compensating for the respective weaknesses: weight and autonomy for the former, fatigue and stability for the latter. While a wide repertory of solutions have been proposed in literature for the control of robotic orthoses and simple motor neuroprosthesis, the same problem on a complex hybrid architecture, involving a wide number of muscles distributed on multiple articulations, still waits for a practical solution. In this article we present a general algorithm for the control of the neuroprosthesis in the execution of functional coordinated movements. The method extracts muscle synergies as a mean to diagnose residual neuromotor capabilities, and adapts the rehabilitation exercise to patient requirements in a dynamic way. Fatigue effects and unexpected perturbations are compensated by monitoring functional state variables estimated from sensors in the robot. The proposed concept is applied to a case-study scenario, in which a postural balance rehabilitation therapy is presented.